由GPONEPON升級到10G-PON

        摘要：經濟上的可行性曾經是阻礙FTTH網絡大量部署的主要障礙，現如今全世界已有超過四千萬個FTTH連接，很明顯那些過時的觀念需要修改。這篇文章中，我們一起來分析PON網絡是如何來解決這個“經濟上可行性”問題的；以及在GPON、EPON選擇上都有哪些優(yōu)、劣勢比較；最后，從波長、頻譜的角度分析GPON/EPON和10G-PON，如何從GPON/EPON升級到10G-PON。從ODN（Optical Distribution Network，光分配網絡）角度來看，要平滑升級需考慮兩個方面的問題：在同一PON樹下現有GPON/EPOM和10G-PON如何實現共存，如何利用現有的GPON/EPON光網絡架構而不會對它們產生干擾。

　　關鍵詞：PON，10G-PON，XG-PON, 分光器

　　簡介

　　在介紹PON（Passive Optical Network，無源光網絡）之前，從兩個角度分析現有的接入網絡：網絡結構、有源/無源網絡。

　　網絡結構

　　在圖1.a中，右邊每個用戶都有一根（或一對）光纖連接到左邊的CO(Central Office，中央局點)，這種網絡稱為p2p（point to point，點對點）網絡結構。
　　 

　　在圖1.b中，右邊一組（16，32，64或者128）用戶通過共用的一根光纖連到左邊的CO，這種網絡稱為P2MP（Point to Multi-Point，點到多點）。P2MP網絡主要的優(yōu)點是可以減少用戶接入網饋線部分的光纖數量、以及CO端激光發(fā)射/接受器的數量（只需一個），從而降低每連接的平均成本。
　　 

　　有源、無源

　　如果從有源、無源的角度來分析，所謂“無源”是指從用戶端到網絡端及中間的ODN全部由無源光分路器和單模光纖等無源器件組成，不含任何有源電子器件及電子電源，因此其管理維護成本較低。同時，由于使用的是無源光器件，不易受到雷電損壞和輻射干擾。因此應用場景及網絡結構可以更靈活。

　　從網絡結構、有源/無源兩個角度比較，無源的、點對多點的PON網絡有顯著成本優(yōu)勢。

　　表1 列出了主要PON協議的基本特性，及對應的標準體系。
　　 

　　PON技術可以分為下列三類。

　　老式PON： 包括 APON、BPON等，正逐漸從業(yè)界淡出。

　　主流PON：GPON、EPON是目前應用最為廣泛的兩種PON技術。

　　10G-PON（Next Generation-PON，下一代PON）： 包括10/1G-EPON、10/10G-EPON、XG-PON1(10/2.5G-GPON)、XG-PON2(10/10G-GPON)、

　　在選擇PON來部署無源光網絡的時候，到底選哪一種技術體制？可從下面幾個角度來考量。

　　選擇當今主流PON技術-包括GPON、EPON，還是選擇10G-PON？

　　在GPON、EPON中選擇哪一種PON技術制式最適合？

　　我們是否可以先從主流的GPON、EPON開始部署網絡，待時機成熟后，再升級到10G-PON？

　　主流的PON技術與10G-PON

　　主流PON技術包括兩種：GPON（ITU-T G.984.x）和EPON（IEEE 802.3ah）。首先在這兩種主流的PON技術中作一個選擇；然后，下一個問題是為何需要10G-PON？

　　ａ）、GPON　vs.　EPON

　　在GPON和EPON兩者之間做一個選擇的確不是一件易事，有時并不單純是技術原因。舉例來說，現如今全世界有超過4000萬FTTH連接，而這其中主要（大約85%）位于日本、韓國、中國等亞洲國家，這些地方截止目前最主要的PON應用技術還是是EPON，但在北美、歐洲，GPON是主流的PON技術。

　　這兩種PON由不同的標準化組織制定規(guī)范，GPON由ITU-T（建議G.984.1,2,3,4,5,6），EPON由IEEE（802.3ah）。

　　表2列舉了GPON/EPON的一些技術指標，可以看出，在與EPON比較中，GPON有微弱的優(yōu)勢。
　　 

　　此外，GPON具有固定的上／下行幀格式，線路中傳送的是具有周期性的復幀結構，在OLT和ONU之間通訊時GPON采用的時隙間隔是125微秒，這與傳統(tǒng)的TDM信號比如PCM、E1或STM-1完全相同，所以具有傳送傳統(tǒng)TDM業(yè)務的先天優(yōu)勢。在與TDM流量互通時，這種時隙間隔是非常有利于GPON部署的。

　　而另一方面，EPON是基于大家熟悉的以太網協議，比如其網管可通過SNMP來解決，而GPON需要單獨的管理通道。與GPON相比，EPON部署要便利很多。

　　b）、主流GPON / EPON技術還是10G-PON？

　　如表2所示，現有的主流PON技術體制下，每用戶帶寬暫時來說是對于滿足現有需求（HDTV，多路標清電視，高速互聯網等）已足夠。特別地，并不是所有的用戶都在同一時間完全占據全部帶寬，因此真正利用到的帶寬在理想條件下甚至可以翻倍。但是，隨著用戶對多媒體視頻業(yè)務需求的增加，如果需求更高帶寬時怎么辦？必需要提供一種新的PON技術，以大幅度提升現有的共享帶寬，這就是新一代PON，即10G-PON。這個10G-PON需要通過無源光網絡提供10Gbps甚至更高的上行帶寬。

　　10G-PON包括四種類型：10/1G-EPON，10/10G-EPON，10/2.5G-GPON，10/10G-GPON。其中10/10G-EPON和10/10G-GPON上下行帶寬都為10Gbps故稱之為對稱的10G-PON，而10/1G-EPON、10/2.5G-GPON上下行帶寬不對稱故稱為不對稱10G-PON。

　　3、由GPON/EPON升級到10G-PON

　　GPON/EPON可以提供滿足當下使用需求的帶寬，但從長、遠期來看（3年或者更長時間），帶寬可能會成為瓶頸，而這個瓶頸只能通過10G-PON來解決，因為可用帶寬翻了四倍（GPOＮ）甚至10倍（EPON）。當然，10G-PON也有劣勢，包括：10G-PON的標準化工作還未完成；核心芯片由于尚未量產所以價格畸高。最好的方案是先從GPON/EPON技術開始部署，過一段時間后在把10G-PON引入到我們的網絡中。

　　下面與大家一起探討10G-PON引入時要注意的一些事項。

　　a）、10G-PON的標準

　　伴隨著EPON用戶對帶寬需求的壓力，10G-PON的標準化工作始于2007年，IEEE開始成立了10G EPON的任務組，并在2009年9月達成規(guī)范文檔-IEEE 802.3.av。

　　與此同時，隨著ITU-T/FSAN也在G.984.5中著手研究10G-PON的規(guī)范工作，在該規(guī)范中ITU-T/FSAN規(guī)劃使用SMF的波長來滿足未來網絡需求，XG-PON1的規(guī)范工作組已于2010年6月達成G.987及G.987.1/2等規(guī)范文檔。

　　無論是10G-EPON還是10G-GPON，下面兩點內容都已在新規(guī)范書中有所定義。

　　1）、對現有ODN(Optical Distribution Network，光分配網絡)的利用：現有的PON光網絡架構器件包括線纜、分離器、連接器無需更換；10G-PON必須能夠重復利用現有PON網絡的組件。

　　2）、在升級過程中，對于無升級需求的用戶無需對他們的設備做任何改動；只對需更高帶寬的用戶更換ONU。

　　b）、升級方案

　　先從頻譜的角度來分析PON網絡，可用的頻帶包括O波段、E波段、S波段、C波段、I波段、U波段，如下圖所示。

　　圖2.a GPON/EPON頻譜圖


　　從圖2.a可以看出：

　　在上行方向上，GPON/EPON都占據了SMF（Single Mode Fiber，單模光纖）O波段的頻帶（波長：1260 – 1360nm）。

　　在下行方向上，無論對于GPON還是EPON都采用S波段（1480nm - 1500nm）。

　　對于未來的廣播視頻通道， ITU-T、IEEE都對C波段進行預留。

　　這樣下來，在PON和10G-PON的頻譜圖上有3個空閑波段：E（Extended）、L（Long）和U（Ultra Long）。由于現有的光纖經常伴有水峰，E波段可用性無法得到保證；而U波段須為測量（OTDR-Optical Time Domain Reflector meter）預留；因此，只能考慮利用L(Long)波段。

　　分上行、下行兩個方向討論升級方案。

　　- 上行方向：ITU-T和IEEE定義了O波段用作上載。

　　對于GPON，ITU-T在G.984.5規(guī)范中定義了在ONU中使用DFB激光器，同時指定了DFB激光器僅僅使用其中的子波段（1288-1338nm），也即O波段自1260nm至1280nm之間的波長是空閑的，這個頻帶空余下來可供10G-PON上行利用。因此，很容易通過新OLT+WDM分光器的方式來把GPON升級到10G-PON。

　　圖2.b G/EPON與10G-PON的頻譜圖

　　對于EPON，其使用了FP激光器，用完了所有O波段1260nm至1360nm的帶寬，因此通過WDM分離器來實現升級是不可行的。意味著，若要將EPON升級到10G-PON需要徹底用全新的OLT來更換。這個全新的OLT既具有EPON的功能，又具有10G-PON的功能。在上行方向EPON與10G PON采用TDM機制，即OLT支持雙速率突發(fā)接收機。 

　　下行方向：ITU-T和IEEE都把L波段僅用做下行方向數據傳輸用。

　　無論是EPON還是GPON，由于發(fā)射的波長并不一樣，即L波段都可以為10G PON利用，OLT端1G和10G的兩個信道的發(fā)射可以并存。1G的發(fā)射仍然采用1490nm，10G的發(fā)射則采用1577nm（1575～1580nm）的DFB 激光器，兩段信號（1490nm和1577nm）可通過分離器加入光纖。

　　4、總結

　　雖然在GPON、EPON的選擇上還需要作深入分析，但如果網絡中對TDM流量有要求的話GPON還是有相當優(yōu)勢的。

　　在從現今的主流PON（GPON、EPON）網絡升級到10G-PON方面，很重要的一點就是利用現有光網絡的框架結構，對于不需要升級的用戶不需要他們做任何的設備變動。從現有的GPON、EPON升級到10G-PON是科學的，但必須考慮兩點：一是ONU是否使用的DFB激光器；二是ONU是否帶有WBF。

　　對于GPON（或者說在ONU中帶有DFB激光器的主流PON），可以通過WDM過濾器把新的OLT連接進來。對于EPON（ONU使用的是FP激光器），必須要把老的OLT換成全新的OLT才能提供10G-PON業(yè)務。

　　參考文獻

　　IEEE Std 802.3av-2009（Amendment of IEEE Std 802.3-2008）

　　ITU-T Recommendation G.984.1 (2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics.

　　ITU-T Recommendation G.984.2 (2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specifications.

　　ITU-T Recommendation G.984.3 (2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission convergence layer specification.

　　ITU-T Recommendation G.984.4 (2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): ONT management and control interface specification.

　　ITU-T Recommendation G.984.5 (2007), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Enhancement band for Gigabit-capable Passive Optical Networks.

　　Draft Recommendation ITU-T G.987.1, 10 Gigabit-capable Passive Optical Network (XG-PON): General Requirements.

　　Draft Recommendation ITU-T G.987.2, 10-Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification

　　由GPON升級到10G-PON的必由之路，上海貝爾股份有限公司，2010年5月

　　作者簡介：

　　姓名：孫敏 年齡：36 性別：男

　　工作單位：上海貝爾股份有限公司國內銷售支持部 工程師

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